一種對(duì)甜菜制糖清汁提純濃縮的方法以及采用該方法的制糖方法
技術(shù)領(lǐng)域 [0001] 本發(fā)明涉及一種膜分離技術(shù)應(yīng)用于甜菜制糖清汁提純濃縮的方法以及采用該方 法的制糖方法，屬于甜菜制糖加工技術(shù)領(lǐng)域。 背景技術(shù) [0002] 糖用甜菜是制糖工業(yè)的主要原料之一，其塊根中含糖量較高。中國(guó)甜菜主要種植 在北煒40°以北，包括西北、華北和東北三大產(chǎn)區(qū)。其中，西北產(chǎn)區(qū)因具有日照長(zhǎng)的特點(diǎn)，甜 菜單產(chǎn)和含糖量均較高。 [0003] 甜菜制糖過程主要包括洗菜、切絲、提汁、澄清、蒸發(fā)濃縮、蒸發(fā)結(jié)晶、分離糖蜜、白 砂糖裝包等工序。因甜菜滲出汁中的非糖成分（包括懸浮顆粒、色素物質(zhì)、鹽類物質(zhì)、還原 糖、果膠、甜菜堿等）會(huì)影響糖品質(zhì)量，并增加廢蜜量和糖分損失，因此在進(jìn)行糖汁濃縮和 結(jié)晶之前，需要對(duì)滲出汁進(jìn)行澄清，除去一部分非糖雜質(zhì)，以得到更純凈的糖汁。甜菜制糖 澄清工藝的目的是將非糖雜質(zhì)盡可能多的去除，以使糖汁純度提高、粘度和色值降低，為煮 糖（結(jié)晶）制備優(yōu)質(zhì)的原料糖漿。糖汁澄清工序是制糖過程中*重要的工序，澄清效果的 好壞直接決定白砂糖的品質(zhì)和得率。 [0004] 糖汁澄清通過加入澄清劑來實(shí)現(xiàn)，常用的澄清劑有生石灰（CaO)、二氧化碳和二氧 化硫。按照所用主要澄清劑的不同，糖汁澄清工藝有碳酸法、亞硫酸法和石灰法三類。目前， 甜菜糖廠通常采用碳酸法對(duì)糖汁進(jìn)行澄清。 [0005] 如圖1所示，碳酸法澄清工藝首先對(duì)滲出汁進(jìn)行預(yù)加灰（以石灰乳形式加入，向滲 出汁中加入對(duì)甜菜重量0. 12-0. 24Ca0%的石灰，使pH值達(dá)到8. 5-11左右），以中和酸度并 促進(jìn)膠體（蛋白質(zhì)、果膠質(zhì)等）凝聚，同時(shí)沉淀浸出汁中的酸根離子（包括草酸根、酒石酸 根、檸檬酸根等），*大限度地凝聚和沉淀非糖成分（主要是膠體等高分子物質(zhì)）。隨后調(diào) 整溫度至80°C_85°C，再加入相對(duì)于甜菜重量2-3Ca0%的石灰乳，即主加灰。主加灰使堿度 達(dá)到1. 6-2. 4CaO% /100ml糖汁），作用時(shí)間是15-20分鐘，其作用是：1)使非糖成分在強(qiáng) 堿高溫作用下分解，提高糖汁的熱穩(wěn)定性；2)為后續(xù)碳酸飽充時(shí)產(chǎn)生一定數(shù)量的碳酸鈣沉 淀而提供足夠的氫氧化鈣。經(jīng)過上述過程之后，得到主灰汁。 [0006] 該主灰汁經(jīng)加熱到90°C后，進(jìn)行C02飽充（本文中，有時(shí)也簡(jiǎn)稱為"碳酸飽充"）。 第一次充入二氧化碳?xì)猓ū景l(fā)明中，也簡(jiǎn)稱為"一碳飽充"）至pH值達(dá)到10. 8-11.0左右， 使氫氧化鈣生成不溶解的碳酸鈣，從而除去石灰和石灰鹽。新生成的碳酸鈣對(duì)非糖成分具 有良好的吸附作用，與飽充至watechliuhede堿度下凝聚的非糖成分結(jié)成顆粒沉淀，并且具有助濾的 作用。經(jīng)板框過濾除去非糖成分沉淀（濾泥）后，將糖漿加熱到95°C以上，并進(jìn)行第二次碳 酸飽充（本發(fā)明中，也簡(jiǎn)稱為"二碳飽充"）至pH值9. 0-9. 2左右，以使糖汁中剩余的氫氧 化鈣和鈣鹽量降至*低限度。糖漿中非糖成分含量的降低有助于在蒸發(fā)結(jié)晶過程中結(jié)晶出 更多的蔗糖，而且能降低廢蜜量，減少工藝糖分損失。二碳飽充完成后，經(jīng)板框或其他過濾 方式過濾后得到的糖汁即為清汁。在本發(fā)明中，所述清汁是指如上所述的雙碳酸飽充（本 文中，有時(shí)進(jìn)一步簡(jiǎn)稱為"雙碳飽充"）和過濾之后、硫漂之前的糖汁。通過之前的加灰、加 熱和雙碳飽充工序，甜菜滲出汁中的多種非糖雜質(zhì)（包括懸浮顆粒、色素物質(zhì)、還原糖、甜 菜堿、果膠等）得到了有效去除。 [0007] 如上所述的雙碳飽充澄清法通常能夠除去滲出汁中30wt% -45wt%的非糖成分， 盡管澄清效率仍然有限，但通過非糖成分的去除，已可滿足結(jié)晶工序?qū)μ侵囊?。雙碳飽 充法的簡(jiǎn)明工藝流程如圖1所示。 [0008] 通過上述工藝制備得到的甜菜制糖清汁的典型成分如表1所示，由表1可知，經(jīng)雙 碳飽充澄清和過濾工藝后，清汁中的水分和主要非糖成分（包括無機(jī)鹽、含氮物質(zhì)、還原糖 等）的分子量均明顯低于蔗糖的分子量。另外，清汁經(jīng)過濾后，其不溶沉淀物、懸浮物等指 標(biāo)已經(jīng)達(dá)到納濾膜的進(jìn)料標(biāo)準(zhǔn)，因此無需增加預(yù)處理工序。 [0009] 表1甜菜制糖清汁典型成分表 [0010] [0011] 在目前的傳統(tǒng)制糖工藝中，將如上得到的清汁進(jìn)行硫漂脫色后，即可進(jìn)行后續(xù)的 蒸發(fā)濃縮和結(jié)晶（如圖3第一列所示），*終得到糖產(chǎn)品。 [0012] 然而，上述傳統(tǒng)制糖工藝的缺點(diǎn)在于：清汁中的錘度（Brix)、糖度以及純度均不 夠高，后續(xù)蒸發(fā)負(fù)荷重、能耗高、制糖效率低，因此，有必要對(duì)這一傳統(tǒng)工藝進(jìn)行改進(jìn)。 發(fā)明內(nèi)容 [0013] 本發(fā)明提供一種采用納濾技術(shù)對(duì)甜菜制糖清汁進(jìn)行提純和濃縮的方法，所述方法 能耗低，得到的糖產(chǎn)品品質(zhì)高。 [0014] 本發(fā)明所提供的采用納濾技術(shù)對(duì)甜菜制糖清汁進(jìn)行提純和濃縮的方法，包括如下 步驟： [0015] (1)獲得適于納濾的甜菜制糖清汁； [0016] (2)將所述清汁溫度從90°C左右降低至不低于30°C; [0017] (3)使用截留分子量220Da-500Da的納濾膜，在10Bar-40Bar壓力下對(duì)所述清汁進(jìn) 行過濾濃縮，得到濃縮提純后的甜菜制糖清汁。 [0018] 本發(fā)明還涉及一種制糖方法，所述方法包括： [0019] (1)獲得適于納濾的甜菜制糖清汁； [0020] (2)將所述清汁的溫度從90°C左右降低至不低于30°C; [0021] (3)使用截留分子量220Da-500Da的納濾膜，在10Bar-40Bar壓力下對(duì)所述清汁進(jìn) 行過濾濃縮，得到濃縮提純后的甜菜制糖清汁； [0022] (4)將得到的所述甜菜制糖清汁進(jìn)行硫漂脫色，蒸發(fā)濃縮，結(jié)晶，得到糖產(chǎn)品。 [0023] 本發(fā)明提供的甜菜制糖清汁提純濃縮方法對(duì)傳統(tǒng)工藝改變較小，所需設(shè)備改造工 作較小，方法簡(jiǎn)單可靠、操作方便、無環(huán)境污染。與納濾處理前的甜菜制糖清汁相比，得到的 濃縮清汁錘度（Brix)提高4Brix-7Brix，糖度提高4wt% -7wt%，同時(shí)，純度提高1-2個(gè)百 分點(diǎn)。同時(shí)，錘度的提高可使蒸發(fā)負(fù)荷降低百分比達(dá)30% -50%。 附圖說明 [0024] 圖1表示雙碳飽充澄清法的工藝流程圖。 [0025]圖2表示甜菜制糖清汁膜分離操作的一種實(shí)施方式的示意圖。 [0026] 圖3表示相比于傳統(tǒng)提純濃縮制糖工藝，本發(fā)明的清汁納濾提純濃縮制糖新工藝 示意圖（上列為傳統(tǒng)提純濃縮工藝，下列為本發(fā)明的清汁納濾提純濃縮制糖新工藝）。 具體實(shí)施方式 [0027] 本發(fā)明所提供的一種對(duì)甜菜制糖清汁進(jìn)行提純濃縮的方法，包括如下步驟： [0028] (1)獲得適于納濾的甜菜制糖清汁； [0029] (2)將所述清汁溫度從90°C左右降低至不低于30°C; [0030] (3)使用截留分子量220Da-500Da的納濾膜，在10Bar-40Bar壓力下對(duì)所述清汁進(jìn) 行過濾濃縮，得到濃縮提純后的甜菜制糖清汁。 [0031] 本發(fā)明中，所述的"納濾"為一種膜分離技術(shù)，其截留分子量通常在150-1000Da左 右，膜的孔徑為幾個(gè)納米，因此，稱為"納濾"。 [0032] 其中，步驟（1)中，所述適于納濾的甜菜制糖清汁中，鹿糖占10wt% -15wt%，水分 占84wt% -89wt%，蔗糖純度為85wt% -92wt% (其中，蔗糖純度指清汁中蔗糖成分占可溶 固形物的重量比）。 [0033] 如上文所述，經(jīng)雙碳飽充澄清和過濾工藝后，清汁中的水分和主要非糖成分（包 括無機(jī)鹽、含氮物質(zhì)、還原糖）的分子量均明顯低于蔗糖的分子量。因此，清汁體系的物料 特性適于采用本發(fā)明的納濾技術(shù)對(duì)其進(jìn)行提純濃縮。雖然，雙碳飽充澄清法為現(xiàn)有技術(shù)，但 為了制備得到適于納濾的甜菜制糖清汁，使用雙碳飽充澄清法是優(yōu)選的步驟。經(jīng)過雙碳飽 充澄清法處理后獲得的甜菜制糖清汁是特別適于納濾的甜菜制糖清汁，因而是特別優(yōu)選的 獲得本發(fā)明的甜菜制糖清汁的途徑。 [0034] 步驟（2)中，優(yōu)選將所述清汁溫度從90°C左右降低至不低于30°C，優(yōu)選降低至 40°C_45°C。一方面，從工藝角度來說，為避免造成不必要的熱損失，將溫度降至過低并不優(yōu) 選。另一方面，從納濾膜的過濾特性和穩(wěn)定性的角度考慮，適合的溫度范圍是40°C-90°C、 優(yōu)選 40°C-60°C，特別優(yōu)選 40°C-45°C。 [0035] 步驟（3)中，在納濾提純濃縮處理時(shí)，需要使用截留分子量與蔗糖分子量相接近 的納濾膜分離技術(shù)，在截留蔗糖的同時(shí)，使水分子和小分子非糖成分雜質(zhì)透過納濾膜，從 而實(shí)現(xiàn)清汁的提純和濃縮。若選擇的截留分子量過大，則會(huì)造成更多糖分透過納濾膜進(jìn) 入到透過水中，使糖分損失增大；若截留分子量過小，則會(huì)降低非糖分的濾出比率，降低 提純效果?；谏鲜隹紤]，所述納濾膜的截留分子量?jī)?yōu)選為220Da-500Da，進(jìn)一步優(yōu)選為 350Da-450Da，進(jìn)一步優(yōu)選 400Da。 [0036] 對(duì)納濾壓力，可以使用適合于納濾工藝的通常的壓力范圍，優(yōu)選為10Bar-40Bar 之間。若壓力過大，連接管件受力過大，會(huì)對(duì)設(shè)備造成損害。所述過濾壓力優(yōu)選為 10Bar_40Bar，進(jìn)一步優(yōu)選為 20Bar。 [0037]圖2表示甜菜制糖清汁膜分離操作的一種實(shí)施方式的示意圖。本方法采用納濾技 術(shù)對(duì)清汁進(jìn)行處理，一方面可將大量水分透過，從而實(shí)現(xiàn)清汁的預(yù)濃縮；另一方面，則可通 過截留分子量的選擇，使分子量比蔗糖小的小分子雜質(zhì)（如還原糖、甜菜堿等）選擇性透 過，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)清汁的提純。 [0038] 所述納濾膜為有機(jī)納濾膜或者陶瓷納濾膜，但從降低成本和實(shí)際過濾效果的角度 考慮，優(yōu)選卷式有機(jī)納濾膜或管式有機(jī)納濾膜。 [0039] 在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，使用截留分子量400Da的卷式有機(jī)納濾膜進(jìn)行 納濾。 [0040] 步驟（3)中，所得截留液完全回流至清汁儲(chǔ)罐，納濾透過液中因含有小分子非糖 雜質(zhì)，并且蔗糖純度較低（35wt%以下），因此可收集后用作甜菜清洗用水，也可作為廢水 直接排放。考慮到納濾透過液中含有小分子非糖雜質(zhì)，如果循環(huán)利用于甜菜清洗后的制糖 工藝中，則后續(xù)仍然需要去除這些小分子非糖雜質(zhì)，因此，并不適合進(jìn)行這樣的循環(huán)利用。 [0041 ] 納濾過程中，膜過濾通量會(huì)逐漸下降。為了能重復(fù)使用納濾膜，優(yōu)選對(duì)納濾膜進(jìn)行 清洗。具體而言，當(dāng)膜過濾通量下降至初始通量的70%左右時(shí)，可以停止過濾，對(duì)膜進(jìn)行清 洗?？梢圆捎矛F(xiàn)有技術(shù)中常用的膜清洗流程進(jìn)行所述膜清洗。當(dāng)清洗后的膜純水透過通量 達(dá)到首次使用時(shí)純水透過通量的80%以上時(shí)，即認(rèn)為清洗完成。 [0042] 為了保證濃縮提純過程連續(xù)進(jìn)行，本發(fā)明的方法優(yōu)選采用多組納濾膜設(shè)備進(jìn)行過 濾，以便膜設(shè)備的輪流清洗。 [0043] 清汁經(jīng)納濾提純濃縮后，所得截留液直接進(jìn)入后續(xù)稀汁硫漂和蒸發(fā)結(jié)晶。 [0044] 本發(fā)明還涉及一種制糖方法，所述方法包括： [0045] (1)獲得適于納濾的甜菜制糖清汁； [0046] (2)將所述清汁的溫度從90°C左右降低至不低于30°C; [0047] (3)使用截留分子量220Da_500Da的納濾膜，在10Bar_40Bar壓力下對(duì)所述清汁進(jìn) 行過濾濃縮，得到濃縮提純后的甜菜制糖清汁； [0048] (4)將得到的所述甜菜制糖清汁進(jìn)行硫漂脫色，蒸發(fā)濃縮，結(jié)晶，得到糖產(chǎn)品。 [0049] 由甜菜制糖的整體工藝而言，傳統(tǒng)制糖工藝流程與改進(jìn)后的制糖新工藝流程對(duì)比 如圖3所示。從圖3看出，本發(fā)明所采用的制糖工藝流程加入了納濾處理工序。因此，該工 藝路線對(duì)傳統(tǒng)制糖工藝的改動(dòng)較小，推廣應(yīng)用的難度較低。 [0050] 傳統(tǒng)制糖工藝中，采用多效蒸發(fā)將清汁錘度濃縮至60Brix左右，該過程為糖廠的 主要耗能步驟；然而，采用納濾進(jìn)行預(yù)濃縮，可有效減少后續(xù)蒸發(fā)濃縮的能耗。清汁中蔗糖 純度的提高，能夠增加后續(xù)蒸發(fā)濃縮工藝中蔗糖的結(jié)晶率，減少糖蜜量；根據(jù)理論計(jì)算，當(dāng) 清汁純度值增加1%時(shí)，蔗糖產(chǎn)量能夠增加1. 5%左右，因此清汁純度的提高對(duì)糖廠增收意 義重大。 [0051] 實(shí)施例 [0052] 下述實(shí)施例中所使用的實(shí)驗(yàn)方法如無特殊說明，均為常規(guī)方法。下述實(shí)施例中所 用的材料、試劑等，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑得到。 [0053] 本發(fā)明中，所述"錘度"又稱"白利度"，是指糖汁中可溶性固形物（包括蔗糖和其 他可溶性非糖成分）質(zhì)量占糖汁總質(zhì)量的百分比，是蔗糖生產(chǎn)過程中的重要檢測(cè)指標(biāo)。通 常，使用折光計(jì)在20°C測(cè)定錘度，單位為Brix。 [0054] 所述糖度是指糖汁中的鹿糖的質(zhì)量百分比，即，糖度=鹿糖質(zhì)量/糖汁總質(zhì) 量X100%，單位:wt%。通常采用一次旋光法測(cè)定糖度，檢測(cè)設(shè)備為自動(dòng)旋光儀。其測(cè)試 原理為：利用蔗糖的旋光性質(zhì)（具有使偏振光平面向右旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)），其偏轉(zhuǎn)角度與蔗糖的 濃度成正比，因此，可以用旋光儀測(cè)定溶液中蔗糖的濃度。 [0055] 所述純度是指糖汁中的蔗糖質(zhì)量占可溶性固形物質(zhì)量的百分比，純度的計(jì)算公式 為：純度=蔗糖質(zhì)量/可溶性固形物質(zhì)量X100 % =糖度/錘度X100 %，單位:wt%。其中， 所述可溶性固形物是指糖汁中的蔗糖分以及非糖分（除蔗糖、水之外的其他可溶性成分）。 [0056] 如下實(shí)施例中，測(cè)定錘度所使用的折光錘度計(jì)為ATAGORX-5000α折光計(jì)；測(cè)定 糖度所使用的自動(dòng)旋光儀為上海申光SGWzz-Ι自動(dòng)旋光儀。測(cè)定時(shí)，直接取納濾處理前的 甜菜制糖清汁、納濾透過液以及納濾濃縮液，使用上述儀器進(jìn)行測(cè)定。 [0057] 實(shí)施例1 [0058] 膜類型：卷式膜 [0059] 截流分子量：400Da左右，膜面積2. 6m2 [0060] 設(shè)備：卷式膜（型號(hào)SPPM-25S-1，三達(dá)膜環(huán)境技術(shù)股份有限公司）表2卷式膜設(shè) 備運(yùn)行參數(shù)表 [0061] [0062] 表3納濾加工物料參數(shù)表 [0063] [0064] 表4物料特性參數(shù)表 [0065] [0066] 與納濾處理前的甜菜制糖清汁相比，得到的濃縮清汁錘度提高6.IBrix，糖度提高 5. 6wt%，同時(shí)提高純度1. 38個(gè)百分點(diǎn)；經(jīng)計(jì)算，納濾可使蒸發(fā)負(fù)荷降低百分比達(dá)37. 9%。 本發(fā)明中，所述的"蒸發(fā)負(fù)荷降低百分比" =[1_(納濾處理之后濃縮液中的水含量+納濾 處理之前清汁中的水含量）]X100 %。 [0067] 實(shí)施例2 [0068] 膜類型：卷式膜 [0069] 截流分子量：400Da左右，膜面積2. 6m2 [0070] 設(shè)備：卷式膜（型號(hào)SPPM-25S-1，三達(dá)膜環(huán)境技術(shù)股份有限公司） [0071] 表5卷式膜設(shè)備運(yùn)行參數(shù)表 [0072] [0073] 表6納濾加工物料參數(shù)表 [0074] [0075] 表7物料特性參數(shù)表 [0076] [0077] 與納濾處理前的甜菜制糖清汁相比，得到的濃縮清汁錘度提高4. 9Brix，糖度提高 4. 55wt%，同時(shí)提高純度1. 03個(gè)百分點(diǎn)；經(jīng)計(jì)算，納濾可使蒸發(fā)負(fù)荷降低百分比達(dá)34. 3%。
